数据结构----双向链表

新手嵌入式学习2024-08-22 21:39

一丶双向链表

1.特点

逻辑结构：线性结构
存储结构：链式存储
操作：增删改查

2.函数的操作

创空

双链表从中间插入

双向链表尾插

删除中间节点

删除尾节点

cs 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef int datatype; // 重定义数据类型
typedef struct linklist
{
    datatype data;           // 数据域
    struct linklist *next;   // 指针域，指向下一个地址
    struct linklist *perior; // 指针域，指向前一个地址
} node_t, *node_p;
typedef struct
{
    node_p head; // 指向头结点
    node_p tail; // 指向尾节点
    int len;     // 记录链的长度
} node;
node *CreateEmpty() // 创建一个空的双向链表
{
    node *p = (node *)malloc(sizeof(node)); // 开辟一个存放头尾指针的空间
    if (NULL == p)
    {
        printf("Cteate err");
        return 0;
    }
    p->len = 0;                                         // 初始化链表长度
    p->head = p->tail = (node_p)malloc(sizeof(node_t)); // 开辟一个链表头结点
    if (NULL == p->head)
    {
        printf("p->head err");
        return NULL;
    }
    p->head->next = p->head->perior = NULL; // 初始化
    return p;
}
int Insert(node *p, int post, int data) // 插入数据，post为要插入的位置，data为要插入的数据
{
    node_p temp = NULL;            // 定义一个指针，用来存放头/尾指针
    if (post < 0 || post > p->len) // 判断插入位置是否超出范围
    {
        printf("Post err");
        return -1;
    }
    node_p p_new = (node_p)malloc(sizeof(node_t)); // 对插入的数据开辟空间
    if (NULL == p_new)                             // 判断是否开辟成功
    {
        printf("P_new err");
        return -1;
    }
    p_new->data = data; // 初始化新节点
    p_new->next = NULL;
    p_new->perior = NULL;
    if (post == p->len) // 如果插入位置在最后，使用尾插法
    {
        p->tail->next = p_new;
        p_new->perior = p->tail;
        p->tail = p_new;
    }
    else
    {
        if (post < p->len / 2) // 当插入位置在前半段时，从头开始向后遍历
        {
            temp = p->head;
            for (int i = 0; i <= post; i++)
                temp = temp->next;
        }
        else // 当插入位置在后半段时，从尾向前遍历
        {
            temp = p->tail;
            for (int i = p->len - 1; i > post; i--)
                temp = temp->perior;
        }
        temp->perior->next = p_new; // 将新节点连接到链表中
        p_new->perior = temp->perior;
        temp->perior = p_new;
        p_new->next = temp;
    }
    p->len++;
    return 0;
}
int IsEmpty(node *p) // 判空
{
    return p->len == 0;
}
int show(node *p) // 输出数据
{
    if (IsEmpty(p)) // 判空
    {
        printf("show err");
        return -1;
    }
    // 顺序遍历，从头节点向后遍历
    printf("正序遍历\n");
    node_p temp = p->head->next;
    while (temp)
    {
        printf("%d ", temp->data);
        temp = temp->next;
    }
    printf("\n");
    // 逆序遍历，从尾节点向前遍历
    printf("逆序遍历\n");
    temp = p->tail;
    while (temp != p->head)
    {
        printf("%d ", temp->data);
        temp = temp->perior;
    }
    printf("\n");
}
int Delete(node *p, int post) // 根据位置删除数据。post为要删除的位置
{
    node_p temp = NULL;
    if (IsEmpty(p) || post < 0 || post >= p->len) // 判断删除数据位置是否合理
    {
        printf("del err");
        return -1;
    }
    if (post == p->len - 1) // 如果要删除尾节点，使用以下方法
    {
        node_p p_del = p->tail;
        p->tail = p->tail->perior;
        p->tail->next = NULL;
        free(p_del);
        p_del = NULL;
    }
    else // 删除中间节点
    {
        if (post < p->len / 2) // 当删除位置在前半段时，从头开始向后遍历
        {
            temp = p->head->next;
            for (int i = 0; i < post; i++)
                temp = temp->next;
        }
        else // 当删除位置在后半段时，从后向前遍历
        {
            temp = p->tail;
            for (int i = p->len - 1; i > post; i--)
                temp = temp->perior;
        }
        temp->perior->next = temp->next; // 删除后将删除节点的前后节点相连
        temp->next->perior = temp->perior;
        free(temp); // 将被删除节点释放
        temp = NULL;
    }
    p->len--;
    return 0;
}
int DeleteData(node *p, int data)//删除所有出现的该数据的节点，data为要删除节点的数据
{
    if (IsEmpty(p))//判空
    {
        printf("del data err");
        return -1;
    }
    node_p temp = NULL;
    temp = p->head->next;//跳过头节点
    node_p p_del = NULL;
    while (temp)//循环遍历链表
    {
        if (temp->data == data)//数据域等于data时进入判断
        {
            if (temp == p->tail)//如果为尾节点时
            {
                p_del = temp;
                temp = temp->perior;
                free(p_del);
                p_del = NULL;
            }
            else//如果是中间节点
            {
                p_del = temp;
                p_del->perior->next = p_del->next;
                p_del->next->perior = p_del->perior;
                temp = temp->next;
                free(p_del);
                p_del = NULL;
            }
        }
        else
            temp = temp->next;//更新temp
    }
    return 0;
}
int Modify(node *p, int post, int data) // 修改数据，post为修改位置，data为要修改的数据
{
    if (IsEmpty(p) || post < 0 || post >= p->len) // 判断修改位置是否合理
    {
        printf("Modify err");
        return -1;
    }
    node_p temp = NULL;
    if (post < p->len / 2) // 当修改位置在前半段时，从头开始向后遍历
    {
        temp = p->head->next;
        for (int i = 0; i < post; i++)
            temp = temp->next;
    }
    else // 当修改位置在后半段时，从后向前遍历
    {
        temp = p->tail;
        for (int i = p->len - 1; i > post; i--)
            temp = temp->perior;
    }
    temp->data = data; // 修改数据
    return 0;
}
int Search(node *p, int data) // 根据数据查找数据第一次出现的下标
{
    node_p temp = p->head->next;
    int post = 0;//记录下标
    while (temp)//循环遍历链表
    {
        if (temp->data == data)//返回第一次出现data的下标
            return post;
        temp = temp->next;
        post++;
    }
    return -1;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    node *p = CreateEmpty();
    Insert(p, 0, 1);
    Insert(p, 1, 2);
    Insert(p, 2, 3);
    Insert(p, 3, 4);
    Insert(p, 4, 5);
    Insert(p, 5, 6);
    printf("最初的链表\n");
    show(p);
    printf("删除指定位置后的链表\n");
    Delete(p, 1);
    show(p);
    printf("修改指定位置后的链表\n");
    Modify(p, 1, 4);
    show(p);
    printf("删除指定数据后的链表\n");
    DeleteData(p, 4);
    show(p);
    return 0;
}

二丶双向循环链表

约瑟夫问题：

cs 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef int datatype;
typedef struct node_t
{
    datatype data;
    struct node_t *prior;
    struct node_t *next;
} link_node_t, *link_list_t;

typedef struct doublelinklist
{
    link_list_t head;
    link_list_t tail;
} double_node_t, *double_list_t;

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int i;
    int all_num = 8;   // 猴子总数
    int start_num = 3; // 从3号猴子开始数
    int kill_num = 3;  // 数到几杀死猴子
    link_list_t h = NULL;
    link_list_t pdel = NULL; // 用来指向被杀死猴子的节点
    printf("请您输入猴子的总数，开始号码，出局号码:\n");
    scanf("%d%d%d", &all_num, &start_num, &kill_num);
    // 1.创建一个双向的循环链表
    double_list_t p = (double_list_t)malloc(sizeof(double_node_t)); // 申请头指针和尾指针
    if (NULL == p)
    {
        perror("malloc failed");
        return -1;
    }
    p->head = p->tail = (link_list_t)malloc(sizeof(link_node_t));
    if (NULL == p->tail)
    {
        perror("p->tail malloc failed");
        return -1;
    }
    p->head->data = 1;
    p->head->prior = NULL;
    p->head->next = NULL;
    // 将创建n个新的节点，链接到链表的尾
    for (i = 2; i <= all_num; i++)
    {
        link_list_t pnew = (link_list_t)malloc(sizeof(link_node_t));
        if (NULL == pnew)
        {
            perror("pnew malloc failed");
            return -1;
        }
        pnew->data = i;
        pnew->prior = NULL;
        pnew->next = NULL;
        //(1)将新的节点链接到链表的尾
        p->tail->next = pnew;
        pnew->prior = p->tail;
        //(2)尾指针向后移动，指向当前链表的尾
        p->tail = pnew;
    }
    //(3)形成双向循环链表
    p->tail->next = p->head;
    p->head->prior = p->tail;
    // 调试程序
#if 0
	while(1)
	{
		printf("%d\n",p->head->data);
		p->head = p->head->next;
		sleep(1);
	}
#endif
    // 2.循环进行杀死猴子
    h = p->head;
    //(1)先将h移动到start_num处，也就是开始数数的猴子号码处
    for (i = 0; i < start_num - 1; i++)
        h = h->next;
    while (h->next != h) // 当h->next == h 就剩一个节点了，循环结束
    {
        //(2)将h移动到即将杀死猴子号码的位置
        for (i = 0; i < kill_num - 1; i++)
            h = h->next;
        //(3)进行杀死猴子，经过上面的循环后，此时的h指向即将杀死的猴子
        h->prior->next = h->next;
        h->next->prior = h->prior;
        pdel = h; // pdel指向被杀死猴子的位置
        printf("kill is -------%d\n", pdel->data);
        h = h->next; // 需要移动，从杀死猴子后的下一个位置开始数
        free(pdel);
    }
    printf("猴王是%d\n", h->data);
    return 0;
}

单向链表与双向（循环）链表的区别：

在存储空间方面：单链表需要的存储空间比双向链表的要少，因为双向链表不仅保存有指向下一个节点的指针，还保存有指向上一个节点的指针，需要较大的空间来存储双向链表的指针域。

在处理时间方面：双向链表的插入与删除操作比单链表的效率高，因为如果在后半段删除或者插入可以从后往前遍历到插入或删除位置然后进行操作。

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